具有高强度的陶瓷粉末及利用其制成素坯的方法与流程

本发明涉及一种陶瓷粉末成分改良，特别涉及一种作为三维打印印制出成型对象的具有高强度的陶瓷粉末，并利用该陶瓷粉末进行素坯制作，以提升成型对象经烧结程序后形成素坯的强度。

背景技术：

随着科技的日新月异，三维打印已成为最流行的产业之一，许多业者积极投入三维打印技术的开发与研究，以满足传统平面复印技术所无法达到的应用层面，成为新一代的制造技术。目前已发展出多种三维对象的成型方法，比如熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling，fdm)、分层物体制造(laminatedobjectmanufacturing，lom)、数字光处理(digitallightprocessing，dlp)、三维打印(3dprinter，3dp)、选择性激光烧结(selectivelasersintering，sls)、选择性激光熔化(selectivelasermelting，slm)及立体光固化造型(stereolithography，sla)等。

其中，以三维粉末粘结为例，其成型方法为先在打印平台上铺上底层的粉末，利用3d打印机的喷头喷出胶水，将所需的部分粘合在一起，接着再往上铺一层粉末，再度喷出胶水将粉末粘合，最终将未被粘合的粉末吸走回收再利用，而被胶水粘住的部分就是三维对象。

然而，现今会使用陶瓷材料作为三维打印的粉末打印形成三维对象，再通过高温烧结程序令陶瓷粉末烧结聚合形成素坯，由于三维对象在成型过程中缺乏垂直方向作用力且粉末间隙较大，进而导致强度过低的问题，目前大多是采取在陶瓷粉末中添加成型粘合剂或增加胶水喷量的方式进行改善，但经过高温烧结形成素坯的过程，会同时将成型粘合剂去除，而导致强度依旧无法提高，则可如图1的扫描电子显微镜(sem)图所示，烧结后的陶瓷粉末的间隙依旧较大，使得无法进行后续上釉与彩绘的工艺。

因此，如何提供一种可提升成型对象经烧结程序后形成素坯的强度已成为目前亟需克服的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于提供一种具有高强度的陶瓷粉末，以物理混合法在陶瓷粉末中添加一定比例的高温粘合剂，藉以提升三维打印对象经烧结程序后形成素坯的强度。

为达到上述目的，本发明提供一种具有高强度的陶瓷粉末，其成份至少包含长石、石英、淀粉粘合剂和高温粘合剂，其特征在于：该长石的重量百分比为24～36％，该石英的重量百分比为38～52％、该淀粉粘合剂的重量百分比为7～15％以及该高温粘合剂的重量百分比为3～12％。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂包括10～30重量百分比的氧化钠。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂还含有50～80重量百分比的含硅化合物。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂还含有3～10重量百分比的氧化钙及2～10重量百分比的氧化镁。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂包括70～80重量百分比的氧化铅。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂还含有20～30重量百分比的含硅化合物。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂包括40～60重量百分比的氧化钾。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该高温粘合剂还含有40～60重量百分比的含硅化合物。

以上所述的具有高强度的陶瓷粉末，其中该含硅化合物为二氧化硅。

本发明还公开一种利用具有高强度的陶瓷粉末制成素坯的方法，其步骤至少包含：步骤一：利用一球磨机将24～36重量百分比的长石、38～52重量百分比的石英、7～15重量百分比的淀粉粘合剂及3～12重量百分比的高温粘合剂混合搅拌1小时，且收集以200mesh筛网过筛后的粉末，而 该粉末为具有高强度的陶瓷粉末；步骤二：将具有高强度的陶瓷粉末通过三维粉末粘结工艺印制出一成型物体；以及步骤三：通过烧结工艺将该成型物体烧结成一素胚。

以上所述的利用具有高强度的陶瓷粉末制成素坯的方法，其中该烧结工艺的烧结温度为500～1200摄氏度，若该烧结温度为800～1200摄氏度时，则使用含有氧化钠的高温粘合剂；若该烧结温度为650～850摄氏度时，则使用含有氧化铅的高温粘合剂；若该烧结温度为500～700摄氏度时，则使用含有氧化钾的高温粘合剂。

综上所述，本发明将以特定实施例详细描述于下。以下实施例仅为举例之用，而非限定本发明的保护范围。本领域技术人员将可轻易理解各种非关键参数，其可改变或调整而产生实质相同的结果。

附图说明

图1为现有陶瓷粉末烧结后的扫描电镜图。

图2为本发明的陶瓷粉末烧结后的扫描电镜图。

图3a为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化钠烧结后的扫描电镜图。

图3b为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化铅烧结后的扫描电镜图。

图3c为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化钾烧结后的扫描电镜图。

图4a为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化钠烧结后形成素坯的成品图。

图4b为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化铅烧结后形成素坯的成品图。

图4c为本发明的陶瓷粉末的高温粘合剂含有氧化钾烧结后形成素坯的成品图。

图5为利用本发明的具有高强度的陶瓷粉末制成素坯的流程图。

符号说明

s10步骤一

s20步骤二

s30步骤三

具体实施方式

本发明的具有高强度的陶瓷粉末，其成份至少包含长石、石英、淀粉粘合剂和高温粘合剂，其中该长石的重量百分比为24～36％，该石英的重量百分比为38～52％、该淀粉粘合剂的重量百分比为7～15％以及该高温粘合剂的重量百分比为3～12％，通过添加高温粘合剂降低形成素坯时的烧结温度。其中，本发明的一实施例为含有重量百分比为约30％的长石、约50％的石英、约15％的淀粉粘合剂以及约5％的高温粘合剂，如图2所示，陶瓷粉末在烧结过后将会聚合形成许多块状结构，且降低孔隙率，以有效提升陶瓷素坯强度。

由于陶瓷材料在熔融态时会带有粘性，且此粘性会随着烧结温度越高而降低，所以需要使用不同的烧结温度进行烧结，而烧结工艺的烧结温度与高温粘合剂互相影响，所以该高温粘合剂还含有氧化钠(na2o)、氧化铅(pbo)或氧化钾(k2o)三者其中之一，前述三种不同成分的高温粘合剂的熔融温度范围不同，所以可依照使用的烧结温度选用不同的成分。

举例来说，当利用1100摄氏度的烧结温度分别对含有这三种不同成分的高温粘合剂的成型对象进行烧结时，由图3a～3c烧结后的扫描式电子显微镜(sem，扫描电镜)所见进行比较，含有氧化钠作为高温粘合剂的具有高强度的陶瓷粉末打印成型的成型对象，经烧结后粘合的区域最显著，孔隙最小，且素坯碎裂程度最小(如图4a所示)；由含有氧化铅作为高温粘合剂的具有高强度的陶瓷粉末打印成型的成型对象，经烧结后粘合的区域次多，且孔隙次大，因此素坯碎裂程度次之(如图4b所示)；由含有氧化钾作为高温粘合剂的具有高强度的陶瓷粉末打印成型的成型对象，经烧结后粘合的区域最少，且孔隙最大，仍有颗粒状存在，因此素坯碎裂程度最大(如图4c所示)。由此可知，在摄氏1200度的烧结温度进行成型对象烧结时，选用含有氧化钠作为高温粘合剂的陶瓷粉末较佳。

进一步说明，当该高温粘合剂含有10～30重量百分比的氧化钠时，该高温粘合剂含有50～80重量百分比的含硅化合物，同时也含有3～10重量 百分比的氧化钙(cao)及2～10重量百分比的氧化镁(mgo)作为该高温粘合剂的成份；当该高温粘合剂含有70～80重量百分比的氧化铅时，该高温粘合剂含有20～30重量百分比的含硅化合物；当该高温粘合剂含有40～60重量百分比的氧化钾时，该高温粘合剂含有40～60重量百分比的含硅化合物，且前述的含硅化合物为二氧化硅(sio2)。

然而，为了有效提升陶瓷素坯的强度，则可利用本发明的具有高强度的陶瓷粉末制作素坯，如图5所示，其制作步骤至少包含：步骤一s10：利用一球磨机将24～36重量百分比的长石、38～52重量百分比的石英、7～15重量百分比的淀粉粘合剂以及3～12重量百分比的高温粘合剂混合搅拌1小时，且收集以200目(mesh)筛网过筛后的粉末，而该粉末为具有高强度的陶瓷粉末；步骤二s20：将具有高强度的陶瓷粉末通过三维粉末粘结工艺印制出一成型物体；以及步骤三s30：通过烧结工艺将该成型物体烧结成一素胚。

其中，该烧结工艺的烧结温度为500～1200摄氏度。进一步说明，若该烧结温度为800～1200摄氏度时，则使用含有氧化钠的高温粘合剂；若该烧结温度为650～850摄氏度时，则使用含有氧化铅的高温粘合剂；若该烧结温度为500～700摄氏度时，则使用含有氧化钾的高温粘合剂。

详细地说，在步骤一以200目(mesh)筛网过筛后的粉末可获得粒径较小的具有高强度的陶瓷粉末，收集到粉末的粒径小于75微米。接着，将收集到粉末粒径小于75微米的陶瓷粉末置于成型槽中，通过三维粉末粘结或称胶水固化喷印的工艺，先在底床平台铺上一层薄薄的粉末，再利用打印机的喷头喷出胶水将所需的部分粘合在一起，再铺上新一层的薄粉末，接着再次喷出胶水将粉末粘合结合，反复进行这些步骤，则可一层一层地堆叠出对象，将对象打印成型，对象打印成型后，再通过烧结工艺形成素坯，后续则可进行上釉与彩绘工艺。

综上所述，本发明提供一种具有高强度的陶瓷粉末及利用其制成素坯的方法，通过物理混合法在陶瓷粉末中添加一定比例的高温粘合剂，藉以提升三维打印对象经烧结程序后形成素坯的强度。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。